4.2 Тяговый расчет скрепера

Исходные данные для тягового расчета бульдозера принимаются по таблице 4.4.

Таблица 4.4 – Исходные данные для тягового расчета скрепера

Наименование показателей	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Марка скрепера	ДЗ-20	ДЗ-33	ДЗ-87	ДЗ-11П	ДЗ-13	ДЗ-74	ДЗ-33	ДЗ-57	ДЗ-11П	ДЗ-13А
Разрабатываемый грунт	Песок сухой	Песок влажный	Супеси	Суглинок	Глины	Песок влажный	Супеси	Суглинок	Глины	Песок влажный
Толщина срезаемой стружки, м	15	18	20	25	20	30	20	15	25	30
Дальность перемещения грунта, м	200	250	300	2000	3000	4000	300	200	3500	4500

Тяговый расчет скрепера следует производить для транспортного и рабочего режимов.

Тяговый расчет скрепера для рабочего режима может быть выполнен при решении одной из двух задач:

1. по заданной емкости ковша определяют потребную силу тяги и по ней подбирают тягач;

2. по заданному типу тягача определяют емкость ковша скрепера.

В том и другом случае рассматривается заключительная стадия наполнения ковша скрепера.

Общий порядок тягового расчета по первому варианту состоит в следующем:

1. Исходя из заданной емкости ковша определяют расчетную высоту наполнения ковша.

2. Определяют минимальную толщину стружки h, обеспечивающую возможность наполнения ковша скрепера при работе на заданных грунтах.

3. Определяют потребную силу тяги в конечный момент наполнения ковша при резании стружки толщиной h и шириной, равной ширине резания.

4. По полученному значению силы тяги производят выбор тягача.

При расчете по второму варианту, когда тип тягача известен, т. е. задана сила тяги и требуется подобрать скрепер с ковшом соответствующей емкости, вначале ориентировочно определяют (с учетом коэффициента наполнения) емкость ковша скрепера, соответствующую возможностям данного тягача. Для прицепного скрепера это можно сделать, пользуясь графическими зависимостями, для самоходного скрепера емкость ковша скрепера «с шапкой» определяется из тягового расчета для транспортного режима.

По найденной емкости ковша определяют, как это было указано выше, основные параметры ковша и скрепера, производят поверочный тяговый расчет в том же порядке, как и для первого варианта, а затем вводят соответствующие коррективы.

Широкое распространение получил метод тягового расчета скрепера, предложенный Е.Р. Петерсом [ ], по которому общее сопротивление, возникающее в конце наполнения, равняется сумме четырех сопротивлений:

, (4.19)

где W_{пер –} сопротивление перемещению груженого скрепера, кН;

W_{рез –} сопротивление грунта резанию, кН;

W_{нак –} сопротивление наполнению, кН;

W_пр – сопротивление перемещению призмы волочения, кН.

Сопротивление перемещению груженого скрепера W_пер, кН, определяется по формуле:

(4.20)

где G_c – сила тяжести скрепера, кН;

G_г – сила тяжести грунта в ковше, кН;

f – коэффициент сопротивления качению;

- угол уклона поверхности движения.

Сила тяжести грунта в ковше скрепера, кН:

где q₁ – геометрическая емкость ковша, м³;

γ₀ – удельный вес грунта в естественном залегании, кH/м³;

k_н – коэффициент наполнения ковша грунтом (таблица 4.5);

k_p – коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера (таблица 4.6).

_{Таблица 4.5 -} Значение коэффициента наполнения ковша скрепера k_н

Способ тяги	Сухой рыхлый песок	Супесь и средний суглинок	Тяжелый суглинок и глина
Без толкача С толкачем	0,5–0,7 0,8–1,0	0,8–0,9 1,0–1,2	0,6–0,8 0,9–1,2

_{Таблица 4.6} - Значение коэффициента разрыхления грунта в ковше скрепера k_p

Наименование грунта	Влажность, %	Удельный вес грунта в естественном залегании, кН/м3	kp
Сухой песок	–	15–16	1,0–1,2
Влажный песок	12–15	16–17	1,1–1,2
Легкая супесь	7–10	15–17	1,1–1,2
Супеси и суглинки	4–6	16–18	1,2–1,4
Средний суглинок	15–18	16–18	1,2–1,3
Сухой пылеватый суглинок	8–12	16–18	1,3–1,4
Тяжелый суглинок	17–19	16,5–18	1,2–1,3
Сухая глина	–	17–18	1,2–1,3

Сопротивление грунта резанию W_рез:

, (4.22)

где k – удельное сопротивление резанию, кН/м²;

b – ширина резания, м;

h – толщина стружки, м.

Удельное сопротивление резанию имеет следующие значения:

- пески и слабые песчаные грунты - 50…70

- супеси и суглинки - 80…100

- тяжелые суглинки, глины - до 120

Принимать значения k свыше 100…120 кН/м² не рекомендуется, так как более плотные грунты необходимо предварительно разрыхлять.

При назначении величины h можно руководствоваться следующими данными:

q, м³ 6 10 15

h, см для суглинка 4–6 8–10 12–14

h, см для супеси 6–8 10–12 14–16

Полное сопротивление наполнению W_нак складывается из сопротивления силы тяжести грунта, поступающего в ковш W^/_нак, и сопротивления трению грунта в ковше W^//_нак.

Сопротивление силы тяжести поднимаемого столба грунта:

(4.23)

где H – высота наполнения ковша, м;

γ₀ – удельный вес грунта, кН/м³.

Ориентировочное значение H следующее:

Емкость скрепера, м3	2,25	6	10	15
Высота наполнения ковша H, м	1,00…1,13	1,25…1,5	1,8…2,0	2,3

Сопротивление трению W^//_нак грунта по грунту в ковше возникает в результате давления боковых призм, располагающихся по обе стороны столба грунта, при его перемещении в вертикальном направлении внутри ковша:

, (4.24)

где γ₀ – удельный вес грунта, кH/м³.

где φ₂ – угол внутреннего трения грунта.

Значения x и угла внутреннего трения для различных грунтов приведены в таблице 4.7.

Таблица 4.7 - Значения х и угла внутреннего трения для различных грунтов

Показатели	Грунт
	глина	суглинок	песок
Значение х Угол внутреннего трения φ2, град	0,24…0,31 14…19	0,37…0,44 24…30	0,46…0,50 35…45

Сопротивление перемещению призмы волочения, кН:

, (4.26)

где y - коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой и ножами ковша, наибольшее значение относится к сыпучим грунтам (y = 0,5…0,7);

µ₂ - коэффициент трения грунта по грунту (суглинки, пески) (µ₂ = 0,3…0,5).

Для самоходного скрепера при работе без толкача необходимо, чтобы максимальная окружная сила Р_k на шинах ведущих колес была равна или несколько превышала суммарное сопротивление, т. е.:

. (4.29)

Для прицепных скреперов должно быть соблюдено условие:

(4.30)

где T – максимальная сила тяги на крюке тягача, кН.

При применении толкачей при загрузке должны быть соблюдены условия:

(4.31)

(4.32)

где T_m – толкающее усилие толкача, кН;

k₀ – коэффициент одновременности работы толкача и тягача (k₀=0,85…0,90).

При работе по гребенчатой схеме зарезания следует учитывать коэффициент динамичности

(4.33)

^{где k}_д – коэффициент динамичности (k_д = 0,85…0,90).

Коэффициент динамичности у скреперов с канатным управлением выше, чем у скреперов с гидравлическим управлением. При транспортировании должно быть:

(4.34)

где W_f – сопротивление перемещению скрепера с грунтом (как повозки).

При работе скреперов величина максимального преодолеваемого сопротивления обычно ограничивается силой сцепления ведущих колес самоходного скрепера, гусениц или ведущих колес тягача, поэтому необходимо произвести проверку по сцеплению по уравнениям:

(4.35)

, (4.36)

где ^Q_сц - сцепная масса, т.е. масса, приходящаяся на ведущие колеса или гусеничный ход машины;

- коэффициент сцепления.

Необходимая мощность двигателя тягача для прицепного скрепера при работе без толкача, кВт, определяется:

где G_т – масс тягача, кН;

v – скорость, км/ч;

η – к.п.д. тягача и прицепного скипера.

Для самоходного скрепера со всеми ведущими колесами при работе без толкача необходимая мощность двигателя, кВт, будет равна

Производительность скрепера. Способ зарезания при работе скрепера оказывает существенное влияние на степень наполнения ковша, характеризуемую коэффициентом наполнения k_н :

Способ зарезания	Коэффициентом наполнения kн
прямое	0,8
ступенчатое	0,9
гребенчатое	1,0
шахматно-гребенчатое	1,1

При гребенчатом способе зарезания по сравнению с прямым коэффициент наполнения ковша увеличивается в 1,2…1,4 раза. Соответственно время зарезания сокращается примерно в 1,5 раза.

Производительность скреперов в плотном теле, м³/ч:

где q – геометрическая емкость ковша скрепера, м³;

k_н – коэффициент наполнения скрепера;

– коэффициент использования рабочего времени ( = 0,85…0,90);

k_p – коэффициент разрыхления грунта;

Т_ц – продолжительность цикла, с

Коэффициент наполнения скрепера определяется по формуле:

k_н = q₁ / q;

^где q – объем рыхлого грунта в ковше скрепера, м³.

Продолжительность цикла:

где l₁ – длина пути заполнения, м;

l₂ – длина пути транспортирования грунта, м;

^l₃ – длина пути разгрузки, м (принимаем ^{l3 = 3…10 м);}

l₄ – длина пути порожнего скрепера, м;

v₁ – скорость движения скрепера при заполнении, м/с;

v₂ –скорость движения груженого скрепера, м/с;

v₃– скорость движения скрепера при разгрузке, м/с;

v₄ – скорость движения порожнего скрепера, м/с;

t_п – время на переключение передачи, с (t_п = 6 с);

t_пoв– время на один поворот, с (t_пов= 15…20 с).

При заполнении ковша скорость движения обычно составляет (0,65…0,8)·v₁ , где v₁ – скорость движения на первой передаче трактора (тягача).

Скорость движения груженого скрепера на ровном участке следует принимать равной (0,55…0,75)·v_max, где v_max – скорость движения на высшей передаче.

При движении на крутом подъеме надо принимать движение на первой передаче.

Скорость движения порожнего скрепера составляет (0,75…0,85)·v_max на ровных участках, а на подъемах равна скорости движения на второй передаче трактора (тягача).

Скорость движения при разгрузке принимается в зависимости от условий разгрузки в пределах от скорости движения на первой передаче до 0,75·v_max.

Длина пути наполнения скрепера, м:

где k_п – коэффициент, учитывающий потери грунта при образовании призмы волочения и боковых валиков (k_{п =} 1,2…1,5).

Полная длина пути, проходимого скрепером при наборе грунта:

, (4.42)

где L_{с –} длина агрегата (длина трактора со скрепером), м.